[发明专利]一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法

说明书

本发明公开了一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，该方法包括基于模型预测的离线计算和在线协调控制方法开发两部分。首先建立行星式混联混合动力系统的动力学模型，并基于系统动力学模型推导行星式混联混合动力系统的输出扭矩观测模型和冲击度观测模型；然后对系统输出扭矩观测模型和冲击度观测模型进行离散化，得到对应观测量的预测模型；再基于预测模型推导得到调速电机和调扭电机的离线动态控制模型；此后，开展离线仿真计算，并基于离线计算结果提取模式切换过程中两电机的控制规则，获得在线扭矩协调方法，实现在线扭矩协调控制。

技术领域

本发明涉及一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，属于混合动力汽车的控制领域。

背景技术

面对能源短缺和环境污染日益严重的现状，作为汽车节能减排的重要途径，汽车的混合动力化越来越受到重视。在各种混合动力系统构型中，行星式混联混合动力系统具有两个电机和一套行星齿轮耦合机构，能够利用调速电机实现发动机的转速解耦，利用调扭电机实现发动机的扭矩解耦，即实现了发动机的转速、扭矩双解耦，易于实现发动机的最优控制，具有最为突出的节能潜力。然而，行星式混联混合动力系统在模式切换过程中，尤其发动机启动过程中涉及发动机和两电机的协调控制，且各动力源响应特性不同，容易出现输出扭矩的波动，影响整车动力性和平顺性。基于此，有效开发行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调策略将是该系统工程化应用的关键。

现有专利多针对带离合器或换挡机构的混合动力系统开展动态协调控制，如中国专利CN104002799A，重点考虑换挡过程的动态协调，以提升换挡平顺性，与行星式混联混合动力系统的转矩协调控制要求有明显区别。此外，现有专利CN106080584A提出基于模型预测的控制方法，该方法能有效提高协调控制的鲁棒性，以保证不同工况下的协调效果。然而，基于模型的预测控制要求较高的模型精度，涉及在线滚动优化，需要较高的控制器运算能力，在当前技术条件下难以保证控制的实时性。

发明内容

本发明旨在针对行星式混联混合动力系统提出一种动态协调控制方法，保证该种混合动力系统在模式切换过程中的平顺性，同时，所提出控制方法具有良好实时性，以保证实车应用效果。

一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，包括基于模型预测的离线仿真计算方法和在线动态协调控制两部分；

第一步：基于模型预测的离线仿真计算方法包括以下步骤：

(1)建立整车动力学模型；

其中，x为状态变量，包含车速、各动力源转速等状态变量，A为系统状态系数矩阵，u为控制变量，包含各动力源扭矩等控制变量，B为控制变量状态系数矩阵，y为系统输出，C为系统输出状态系数矩阵。

(2)根据整车动力学模型推导得到系统输出扭矩观测模型为：T_out＝T_e2o+T_m2o；

其中：T_e2o为发动机经由行星齿轮机构输出到主减速器前端的扭矩，简称为行星齿轮机构输出扭矩；T_m2o为调扭电机输出到主减速器前端的扭矩；

(3)将系统输出扭矩观测模型进行离散化，获得系统输出扭矩的预测模型为：

T_out(k+1)＝A_gT_g(k+1)+J_g[ω_g(k+1)-ω_g(k)]/Δt+T_m(k+1)i_m2o，

其中，Δt为控制策略计算步长，k为表示当前时刻，k+1表示下一时刻，T_out(k+1)为下一时刻的系统输出扭矩，即系统输出扭矩的预测值；T_g(k+1)和T_m(k+1)分别为调速电机和调扭电机下一时刻的扭矩；